计算机发展史在我系50年光荣历史中的体现
--我亲历了清华大学计算机专业的创建
金 兰
我怀着十分高兴的心情欢庆我们清华大学计算机系50周年庆典，心中萌生起充满自豪的感情和回忆。
首先值得我们自豪的是：我们中华民族自古就有使用罗盘和算盘的光荣历史，如果说我们系是第一批国内建立的计算机系，指的自然是现代技术的电子计算机。第一台电子计算机ENIAC于1945年诞生于美国，但计算机作为一门学科则是发生在较晚的时候。例如国际知名的专门针对计算机科学的学术组织ACM (Association for Computing Machinery)只是创建于1947年。由ACM和IEEE 计算机学会出版专门的计算机学术刊物只是开始于1955年。可以认为我们计算机系建立于1958年，或者更准确地说开始筹备建立于1956年，在国际上来看也是比较早的。
另外，ACM在去年5月份出版了纪念60周年的专刊，其中有一篇文章[1]回忆了ACM早期介入模拟计算技术的历史，说明计算技术更早是从机电控制技术发源的。那时的研究兴趣主要是计算过程的自动化，属于自动控制领域是很自然的。从本质上说，物理模拟本身就是重现它的数学描述，进而利用专门的模拟器件直接实现任意的数学运算。我们系的建立也经历了这样一条道路， 即首先从电机工程系分离出自动控制系，培养初始的计算机硬件教师队伍，接着吸收计算数学专业的软件人才，使我们系逐步地转向数字计算机领域，建立起一支优秀的软件硬件齐全，系统理论应用结合的计算机专业队伍。
我1952年被派往当时的苏联学习，认识和接触计算机技术也大致是经过了这样的过程。以炮火控制仪为模型的机电技术和以运算放大器为元件的电子计算网络，构成了模拟计算技术的基础。进而以更大的发展动力转向以二进制代码为计算对象的数字计算技术。在1955年，我首次看到了苏联科学院计算所开发的БЭСМ-1计算机以及工业部门开发的M2数字计算机，它们是典型的计算机第一代，反映了当时苏联计算技术的较高水平，也成为后来我们学习数字计算技术的起点。
肩负在全国范围内开展科学研究和培养高水平人才的双重任务，我国的计算机事业于1956年的第一次全国科学规划开始进入全面发展的新阶段。我由于在国外学习，无缘了解这次科学规划的具体情况，但幸运地有缘参加了1956年秋我国派往前苏联的计算技术考察团的全面学习过程。事实是这样：当时我正好等待着论文答辩，有时间和能力为代表团担任全程翻译工作。代表团访苏三个月期间，受到了苏方很好的接待和礼遇，并在11月7日参加了在红场的观礼。这次毕业前实习不但给我一次极好的学习机会，而且更重要的是为我以后回国工作中加强清华大学计算机系与国内计算机界特别是科学院计算所的联系和合作打下了良好的基础。科学规划后，我国计算机科研生产的发展力量包括科学院，工业部门和国防三大方面，但具体的研制工作都集中在科学院计算技术研究所。代表团成员中如何包含这三个方面的科学家，我现时回忆不是很清楚。但他们多数都是1955年前后从国外返回祖国任职计算所的骨干科学家，例如吴几康，蒋士騛，范新弼，夏培肃，还有任职我校的闵乃大，周寿宪。领导和行政干部则有王正(后来计算所所长是闫培霖)，张效祥，何绍宗等。
1956年12月底，我从原苏联毕业回国。1957年刚过了年假，便立即参加了我们计算机系的前身 —自动控制系 的筹建工作。当时的第一任系主任是钟士模教授，他1947年从美国麻省理工学院回国后，初次为我们讲授以模拟方法研究自动控制系统的过渡过程，60年前的情景至今仍历历在目，令我深深怀念。第一任总支书记是凌瑞骥，全面统筹建系的大量组织工作，并建立了系内的党支部。筹建的四个新专业是计算机，火箭技术，原子能控制以及运筹学，这是1956年蒋南翔校长率团访苏后战略部署的重大发展。当时刚从苏联回国的我和章燕申，以及唐泽圣和从国外回国的周华章分管这四个方面。开始时保密程度很高，在封闭环境中办学，师生凭证出入系馆内的专门区域。当时恰逢1957年5月7日苏联首次成功发射人造卫星，它震惊了全世界，也使我们对卫星技术产生了浓厚的兴趣。根据学校的安排，校内各系与卫星工程有关的专业集中在保密区内学习和讨论方案。章燕申和我参加了这项工作。参加人员各自介绍与自己的专业有关的卫星技术以及可能的攻关设想。但后来由于计划未能立案，有关的任务也就中止了。
1958年，我国进入了大跃进时代。除参加政治运动外，我们全系同仁在业务方面也开展了大量活动。当时为贯彻鼓足干劲力争上游的总路线，大家白天黑夜大干特干，直到深夜集体去食堂吃免费夜宵的情景，至今仍留下深刻的印象。当时教师人数并不多，1957年聘请的两位苏联专家苏启林和克洛里仍在指导我们的工作，他们的专长在随动系统(即自动控制)和模拟计算方面。而且当时我们已从苏联进口了相关的成套设备(模拟计算机)，需要我们消化吸收。经过我们的进一步发展，我们于同一年即成功地开发了55x序列模拟计算机的第一个型号551，为以后陆续开发同一序列模拟计算机的后续各型号552--556打下了坚实的基础。这些产品曾经参加国内外多次展览，为我系争得了荣誉，并经批量生产获得了实际应用。
我们系在数字计算机方面的工作开始于1959年，反映在被命名为911的大中型电子计算机的研制任务上。这个型号代表1959年第11号任务，对应于第一代数字计算机的技术水平。它是一个全部使用真空管线路，包含运算控制器，磁芯存储器，机电式外部设备以及带有充电设备(直流发电机组)的蓄电池组和空调系统的庞然大物，光是几十个机架就占满了主楼二区一层的一间大教室，外加周围安装电源系统及其它辅助设备的许多房间。这项任务的难度更多地表现在它的全部加工过程要由我们自己来完成，包括全部印刷电路板和它们的插头插座，全部磁芯存储矩阵从磁芯的测试挑选到穿线工艺等。 为此，我们系建立了自己的计算机生产车间。由于当时复杂的生产工艺条件还不能完全到位，装配好的全机总调稳定性成为一大难题，不易过关，致使这项任务于1964年方才最终完成，但仍在全校范围内受到表扬。我们的队伍在从设计到制造的全过程中受到了全面的锻练，为进一步开发新一代计算机打好了基础。
这个新一代计算机就是1964年我们自行研究设计的112全晶体管计算机，属于计算机的第二代。它是一台小型计算机。当时，美国开始流行的第二代计算机是IBM360系列机，它是最早的中型机系列。我们在缺乏参考资料的情况下，自行设计了独特的系统结构。例如说，它在机器内部直接用二进制符号绝对值代码实现加减运算，简化了浮点数操作和人机接口;它引入了“广义指令”的概念，实现浮点乘除等复杂运算，用最少的硬件实现中型机的功能。这台机器研制的主要困难在于它的制造过程。当时晶体管生产在国内刚刚处于起步阶段，如果说国内第二代计算机研制的领先水平以科学院计算所的109晶体管计算机为代表，它需要的晶体管尚且要由附设的109厂专门研制和供应，我们的机器如果没有晶体管供货渠道的保证，它的设计再好也是不可能实现的。我们在北京市电子工业内部建立和打通了这个渠道，由北京计算机三厂和沙河半导体研究所协作，开发和生产合格的半导体器件，并由我系王尔乾和有关教师密切配合，进一步完善测试开发工作，终于使我们的第二代计算机在1965年底奇迹般地诞生了。我由于在1965年秋被安排参加怀柔县的四清远动，紧接着1966年春回校立即被卷入“文化大革命”，甚至没有机会看到这台机器。后来听说我们的系车间曾经小批量生产小型计算机，开始的型号就是我们自行设计的112机。后来，我们在DJS130和140小型机研制任务上又进行了大量的开发定型工作，为我国计算机的序列化和推广应用作出了贡献。但那已经是进入70年代属于第三代计算机的后续时期了。
1966年开始，我国经历了十年的“文化大革命”。1969年我第二批被派往江西鲤鱼洲农场进行劳动锻炼，1971年最后一批随农场撤回北京，又在学校发电厂继续劳动一段时间。回到计算机系时，第三代大型计算机724机的研制任务刚刚开始。我被分配在运算控制器组，组长是王克宏。我得知724机已经是一台设计好的计算机，服务于卫星跟踪任务，指令系统等系统结构参数都已固定。我们的任务只是把提供的全部设计资料消化吸收，进行必要的修正和改进，进而产生插件板和机架布线等工艺资料，并进行生产和调试。由于电子数字计算机的运算控制器从本质上说是一个同步式自动机，严格地按照时钟频率的节拍工作，我们用图表形式把这个时序过程描写出来，称它为操作表。这样既易于理解，又便于发现设计中的错误。它的最大好处是用图解方法比用语言方法更加直观，易于发现每条指令所需的最少周期以及哪些指令可以共享同一组控制命令。这样我们运算控制器组完成了最佳化设计，高质量地完成了任务。后来我由于与谢锡迎等被派往南京开门办学，没有机会参加724机的总调和交机，但整个过程我还是很清楚的。在南京我和从无线电系同样派去开门办学的王汉生合作开发了图形显示终端，算是有了一点成绩吧。
我们开展第四代计算机的研究只能是在“文化大革命”以后。经过10年“不闻窗外事，只读圣贤书”的闭塞时期，我们对国际计算机的发展已经是很生疏了。我仍记得自己亲身经历的一些例子。那时我们开始被允许接待外宾了，和他们讨论问题时甚至会遇到一些新鲜专业名词而不知其准确含义。经过努力，到1979年，我们系组织一个5人小组访问美国11所著名大学时， 我们已能够应对自如，交换学术思想，主动地完成被赋予的学习交流任务，为回国后重建我们的计算机系和确立新的研究方向提供了参考和依据。这些新的研究方向， 从本质上说，是围绕第四代计算机的发展来进行的。
第四代计算机起源于1978年美国Intel公司利用超大规模集成电路(VLSI)技术首先研制出微型处理器芯片。它奠定了第四代计算机赖以发展的技术基础。我们系在此后新的发展时期中在下列方面体现了它的影响：
1.制造计算机不再是计算机系的附属车间能全部胜任的工作。为此学校建立了新的半导体专业和配备精密制造工艺设备的实验室或超洁净车间，但它属于无线电系。
2.初期的微处理器芯片尚不是一台完整的微计算机，至少需要配备内存储器和外设接口才能构成一台最低功能的单板计算机。但如此简单的新型微计算机依靠VLSI技术却开辟了计算机普及和应用的广阔领域，例如人工智能，过程控制，模式识别，图像处理，计算机辅助设计等。它们分别成为我们系有关教研组在计算机应用方面新的研究发展方向。
3.微处理器及其代表的VLSI技术成为第四代计算机的发展动力，构成各种类型，规模和应用对象的计算机系统。它为我们系另外几个教研组在计算机系统设计方面衍生出新的研究发展方向，包括：微型计算机组织和设计，计算机网络，计算机系统结构等。
我工作在系统结构教研组，亲身经历了1979至1988年我们组的科研工作。最早引起我们兴趣的科研方向是互连网络和并行处理。我和王鼎兴，沈美明合作编写了“并行处理计算机结构”一书于1982年由国防工业出版社出版。当时比较热门的课题是巨型计算机，它属于多处理机类型，即多个处理器通过互连网络和多个并行存储器模块连接成一个大系统，解决单一的巨型题目。典型的研制成功的机器首推美国的CRAY机。它通过大量寄存器组向多个流水线函数部件源源不断地供给数据，以达到高速处理的目的。因此，它属于按单指令流多数据流(SIMD)模式工作的向量计算机一类。它能较好地满足国防气象等应用领域的需要，但处理速度取决于应用程序的向量化程度。由于它耗资巨大，如果没有国家级任务，是不适合我们的研究环境的。实际上我们从1980年开始就在另一方向研究用多台微计算机组成分布式计算机系统。这种系统速度较慢，但成本低，应用灵活，能较好地适应多指令流多数据流(MIMD)处理模式的需要。因此，我们这项工作被确立为国家教委重点科研任务，命名为THUDS分布式计算机系统。经全组师生的积极努力，于1987年圆满完成任务，通过了专家组鉴定，并获国家教委科技进步二等奖。结合这项科研任务，单凭我参与次数的统计，我们组曾经发表了至少23篇文章，包括我们教研组集体在国内小型微型计算机系统杂志1984年第1期至1985年第3期上发表的11篇连载文章，用以介绍这一新的科研领域。另外，我们组在完成国家863计划的任务上作出了更大的成绩，在分布式计算机系统方面完成了有实用价值的产品。
就这样，我们系经历了从计算机的第一代到第四代的锻炼，通过自己的不懈努力和近30年的对外开放和国际交流，使我们系的专业重新成长为在全国和国际有影响的第一流专业。因此，我们多次被评为重点学科，第一批被赋予博士学位授予资格，这是值得我们引以自豪的。值得指出的一点是：在我们全系于1996年获得“计算机科学与技术”学科博士学位授予权[2]之前，早在1981年我们就已经在计算机系统与结构学科评审中被赋予博士学位授予资格，并指定我为唯一的博士导师。我作为国务院学位委员会计算机科学技术评审组组长，亲身经历了这一光荣的历史时刻，至今不能忘记。在欢庆我们清华大学计算机系50周年之际，我衷心祝愿母系更加进步，兴旺发达，以现代计算机本身前所未有的特高发展速度继续向最高峰迈进。
在总结我系光荣发展历史的同时，我也很自然地回顾了自己的成长史，从而发现我的一点一滴成绩都是和清华大学也包括计算机系对我的精心培育分不开的。由于清华大学在全国的领头地位和学术威望，才为我们个人的业务工作提供了优越的条件和广阔的前景。上面提到的一个例子就可以清楚地说明这一点：国务院学位委员会计算机科学技术评审组组长是一个很重要的岗位，没有清华大学在全国的威望和上级组织的推荐，是不可能让我来承担的。不言而喻，我所做的这一切，也就是代表清华大学计算机系为我国计算机事业发展尽义务、做贡献。饮水思源，我便鼓励自己在所承担的任务中尽量多做一些工作，以扩大清华大学计算机系对全国的影响。下面是我在中国计算机学会和国家教委担任的职务中开展全国性工作的例子。
随着我国计算机事业的蓬勃发展，中国计算机学会于1958年诞生。随后在北京和上海召开了两届学术年会。我记得第三届年会是在广东汕头召开的。时逢1960年岁尾，全国尚处于经济困难时期，汕头的供应情况较好，使我们可以较好地欢庆1961年元旦。我们也听说北京人民大会堂招待知识分子除夕大会的盛况，从此开始了全国经济巩固充实提高的新时期。后来在“文化大革命”期间，学会工作处于停顿状态。1978年以后学会恢复工作，在云南昆明召开了学术年会，并建立了和国际电机电子工程师学会计算机分会(IEEE Computer Society)的联系，发展了第一批高级会员，我是其中之一。丛1979年起我被选为中国计算机学会的理事，担任计算机学报付主编，协助夏培肃主编的工作。同时我担任计算机学会普及委员会主任，从事计算机普及读物的组稿出版工作。在学会总体工作中我还参加计算机百科全书的编辑工作，担任计算机系统结构分册付主编。从1987年开始，我改而担任中国计算机学会学术委员会主任。 1988年代表中国计算机学会担任亚太地区计算机教育学术会议主任，完成了会议的征文审稿工作，并组织会议在上海科学会堂胜利召开。1981年我担任国际自动化学会 (IFAC) 第三届分布式计算机控制系统学术讨论会主席，组织会议在北京成功召开。随后我连续参加了该组织分别于1983年在前苏联爱沙尼亚首都塔林以及1985年在美国加州蒙特里召开的第四，五届分布式计算机控制系统学术讨论会，和熟悉的同行们保持了良好的合作。另外，1989年国际信息联合会(IFIP)第11次世界计算机年会在美国加州旧金山召开，我国计算机学会有一个较大的代表团参加。我发表了一篇文章，并接受大会邀请主持了关于我国互连网络和分布式计算机研究的分组讨论。
